本發(fā)明涉及光學技術領域，特別是一種四組元二組動lcos投影變焦鏡頭及變焦方法。

背景技術：

現(xiàn)在許多投影機具備變焦功能，具有廣角投影鏡頭的投影顯示設備可在較短的距離內(nèi)投射出較大的影像畫面。這種具有變焦功能的投影機鏡頭通常包括多個透鏡組，通過改變透鏡組之間的相對位置改變變焦投影鏡頭的有效焦距，從而實現(xiàn)變焦功能。對16:9的0.61英寸lcos投影顯示芯片，在2米距離投射出屏幕55英寸至75英寸的畫面，具有100%偏軸功能且具有1.4倍的變焦功能的投影鏡頭，在保證具有良好像質的同時，更能適應不同的投影場所，如空曠的商業(yè)場所或狹小的家庭娛樂場所。目前本領域這種大孔徑大視場變焦距投影鏡頭多采用三組動實現(xiàn)變焦，結構繁雜。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種四組元二組動lcos投影變焦鏡頭及變焦方法，以克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是：一種四組元二組動lcos投影變焦鏡頭，包括：從物方到像方沿軸向光線自左向右入射依次同軸設置的具有負光焦度的前固定組a、具有負光焦度的變倍組b、具有正光焦度的補償組c以及具有正光焦度的后固定組d。

在本發(fā)明一實施例中，所述具有負光焦度的前固定組a包括沿軸向光線自左向右入射依次同軸設置的第一負光焦度的月牙透鏡a1、第二負光焦度的月牙透鏡a2以及第一正光焦度的月牙透鏡a3；所述具有負光焦度的變倍組b包括沿軸向光線自左向右入射依次同軸設置的第一負光焦度的雙凹透鏡b1和第一正光焦度的雙凸透鏡b2；所述具有正光焦度的補償組c包括沿軸向光線自左向右入射依次同軸設置的第二正光焦度的雙凸透鏡c1、第二負光焦度的雙凹透鏡c2、第三正光焦度的雙凸透鏡c3以及第四正光焦度的雙凸透鏡c4；所述具有正光焦度的后固定組d包括一第五正光焦度的雙凸透鏡d1。

在本發(fā)明一實施例中，還包括一沿軸向光線同軸設置于所述變倍組b與所述補償組c之間的光闌；焦距變化時，所述光闌與具有正光焦度的補償組一起移動。

在本發(fā)明一實施例中，所述具有負光焦度的前固定組a的焦距為fa′=-58.47mm；所述具有負光焦度的變倍組b的焦距為fb′=-94.04mm；所述具有正光焦度的補償組c的焦距為fc′=44.48mm；所述具有正光焦度的后固定組d1的焦距為fd′=87.48mm。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1的焦距為-69，75mm；所述第二負光焦度的月牙透鏡a2的焦距為-44.58mm；所述第一正光焦度的月牙透鏡a3的焦距為57.05mm；所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1的焦距為-46.46mm；所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2的焦距為63.56mm；所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1的焦距為42.84mm；所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2的焦距為-26.90mm；所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3的焦距為44.22mm；所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4的焦距為54.61mm；所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1的焦距為87.48mm。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1的前后表面的曲率半徑分別為42.26mm和19.44mm；所述第二負光焦度的月牙透鏡a2前后表面的曲率半徑分別為74.98mm和17.87mm，且前后表面的圓錐系數(shù)分別為13.88和-1.35；所述第一正光焦度的月牙透鏡a3前后表面的曲率半徑分別為33.13mm和106.02mm；所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1前后表面的曲率半徑分別為-30.13mm和133.71mm；所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2前后表面的曲率半徑分別為133.71mm和-81.21mm；所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1前后表面的曲率半徑分別為34.29mm和-330.78mm；所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2前后表面的曲率半徑分別為-36.48mm和55.60mm；所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3前后表面的曲率半徑分別為41.95mm和-50.65mm，且前后表面的圓錐系數(shù)分別為-11.97和6.23；所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4前后表面的曲率半徑分別為182.17mm和-38.83mm；所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1前后表面的曲率半徑分別為59.20mm和-604.54mm。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1的中心厚度為8mm；所述第二負光焦度的月牙透鏡a2的中心厚度為2.69mm；所述第一正光焦度的月牙透鏡a3的中心厚度為8mm；所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1的中心厚度為3.34mm；的中心厚度為8mm；所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2的中心厚度為4.75mm；所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1的中心厚度為4.77mm；所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2的中心厚度為3.48mm；的中心厚度為8mm；所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3的中心厚度為8mm；所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4的中心厚度為7.44mm；所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1的中心厚度為4.74mm。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1與所述第二負光焦度的月牙透鏡a2之間的間隔為10.49mm；所述第二負光焦度的月牙透鏡a2與所述第一正光焦度的月牙透鏡a3之間的間隔為6.38mm；所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1和所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2組成雙膠合透鏡；光闌與所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1之間的間隔為2.3mm；所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1和所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2之間的間隔為13.17mm；所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2與所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3之間的間隔為0.84mm；所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3和所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4之間的間隔為4.97mm；所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1與像面之間的間隔為34mm。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1的折射率為1.58至1.60，阿貝數(shù)為67至68；所述第二負光焦度的月牙透鏡a2的折射率為1.52至1.55，阿貝數(shù)為55至56；所述第一正光焦度的月牙透鏡a3的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為25至26；所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1的折射率為1.66至1.69，阿貝數(shù)為55至56；所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為46至47；所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1的折射率為1.72至1.74，阿貝數(shù)為54至55；所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為25至26；所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3的折射率為1.52至1.55，阿貝數(shù)為55至56；所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4的折射率為1.58至1.60，阿貝數(shù)為67至68；所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1的折射率為1.60至1.63，阿貝數(shù)為63至64。

在本發(fā)明一實施例中，所述第一負光焦度的月牙透鏡a1、所述第二負光焦度的月牙透鏡a2、所述第一正光焦度的月牙透鏡a3、所述第一負光焦度的雙凹透鏡b1、所述第一正光焦度的雙凸透鏡b2、所述第二正光焦度的雙凸透鏡c1、所述第二負光焦度的雙凹透鏡c2、所述第三正光焦度的雙凸透鏡c3、所述第四正光焦度的雙凸透鏡c4以及所述所述第五正光焦度的雙凸透鏡d1的前后表面鍍覆中心波長587.5nm，且光譜范圍400nm至700nm的多層增透膜。

還提供一種四組元二組動lcos投影變焦鏡頭的變焦方法，所述具有負光焦度的前固定組a與所述具有負光焦度的變倍組b之間的間隔為6.56mm至9.58mm可變，所述具有負光焦度的變倍組b與所述具有正光焦度的補償組c之間的間隔為2mm至19.84mm可變，所述具有正光焦度的補償組c與所述具有正光焦度的后固定組d之間的間隔為10.72mm至25.54mm可變，通過上述間隔的變化使焦距在16.26mm至22.76mm變化。

進一步的，當焦距為16.26mm時f數(shù)為1.8；當焦距為22.76mm時f數(shù)為2.0。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用二組動實現(xiàn)變焦，在保證成像質量優(yōu)良的前提下，使繁雜的結構大大簡化，可以將16:9的0.61英寸lcos投影顯示芯片在2米距離投影出屏幕55英寸至75英寸的畫面；具有100%偏軸功能；且有1.4倍的變焦功能；視場角大，孔徑大，成像質量優(yōu)良，體積小，并且結構緊湊、畸變小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的四組元二組動lcos投影變焦鏡頭結構示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例中四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在短焦狀態(tài)的mtf圖。

圖3為本發(fā)明一實施例中四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在中焦狀態(tài)的mtf圖。

圖4為本發(fā)明一實施例中四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在長焦狀態(tài)的mtf圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行具體說明。

本發(fā)明提供一種四組元二組動lcos投影變焦鏡頭，如圖1所示，采用四組元二組動變焦透射式結構，從物方到像方沿軸向光線自左向右入射依次同軸設置具有負光焦度的前固定組a、具有負光焦度的變倍組b、具有正光焦度的補償組c、具有正光焦度的后固定組d。前固定組a依次設有負光焦度的月牙透鏡a1、負光焦度的月牙透鏡a2、正光焦度的月牙透鏡a3；變倍組b設有由負光焦度的雙凹透鏡b1和正光焦度的雙凸透鏡b2組成的雙膠合透鏡，該雙膠合透鏡的光焦度為負；補償組c依次設有光闌、正光焦度的雙凸透鏡c1、負光焦度的雙凹透鏡c2、正光焦度的雙凸透鏡c3、正光焦度的雙凸透鏡c4；后固定組d設有正光焦度的雙凸透鏡d1。

進一步的，負光焦度的月牙透鏡a2和正光焦度的雙凸透鏡c3為光學塑料材質的非球面透鏡，其余透鏡均為標準球面。

進一步的，該變焦鏡頭工作在可見光波段，所有透鏡前后表面鍍覆中心波長587.5nm，光譜范圍400-700nm的多層增透膜。

進一步的，如圖1所示，該變焦投影鏡頭還包括一沿軸向光線同軸設置于變倍組b與補償組c之間的光闌，焦距變化時光闌與補償組一起移動。光闌距第二正光焦度的雙凸透鏡c1的距離為2.3mm。焦距變化時，所述光闌與具有正光焦度的補償組一起移動。

進一步的，該鏡頭前固定組a的焦距為fa′=-58.47mm7，變倍組b的焦距為fb′=-94.04mm,補償組c的焦距為fc′=44.48mm,后固定組d的焦距為fd′=87.48mm。

進一步的，透鏡a1的焦距為-69，75mm；透鏡a2的焦距為-44.58mm；透鏡a3的焦距為57.05mm；透鏡b1的焦距為-46.46mm；透鏡b2的焦距為63.56mm；透鏡c1的焦距為42.84mm；透鏡c2的焦距為-26.90mm；透鏡c3的焦距為44.22mm；透鏡c4的焦距為54.61mm；透鏡d1的焦距為87.48mm。

進一步的，前固定組a中透鏡a1前后表面的曲率半徑為42.26mm和19.44mm；透鏡a2前后表面的曲率半徑為74.98mm和17.87mm，其圓錐系數(shù)分別為13.88和-1.35；透鏡a3前后表面的曲率半徑為33.13mm和106.02mm。變倍組b中透鏡b1前后表面的曲率半徑為-30.13mm和133.71mm；透鏡b2前后表面的曲率半徑為133.71mm和-81.21mm。補償組c中透鏡c1前后表面的曲率半徑為34.29mm和-330.78mm；透鏡c2前后表面的曲率半徑為-36.48mm和55.60mm；透鏡c3前后表面的曲率半徑為41.95mm和-50.65mm，其圓錐系數(shù)分別為-11.97和6.23；透鏡c4前后表面的曲率半徑為182.17mm和-38.83mm。后固定組d中透鏡d1前后表面的曲率半徑為59.20mm和-604.54mm。

進一步的，前固定組a中負光焦度的月牙透鏡a1的中心厚度為8mm；負光焦度的月牙透鏡a2的中心厚度為2.69mm；正光焦度的月牙透鏡a3的中心厚度為8mm；變倍組b中負光焦度的雙凹透鏡b1的中心厚度為3.34mm；的中心厚度為8mm；正光焦度的雙凸透鏡b2的中心厚度為4.75mm；補償組c中正光焦度的雙凸透鏡c1的中心厚度為4.77mm；負光焦度的雙凹透鏡c2的中心厚度為3.48mm；正光焦度的雙凸透鏡c3的中心厚度為8mm；正光焦度的雙凸透鏡c4的中心厚度為7.44mm；后固定組d中正光焦度的雙凸透鏡d1的中心厚度為4.74mm。

進一步的，前固定組a中透鏡a1和透鏡a2之間的間隔為10.49mm；透鏡a2和透鏡a3之間的間隔為6.38mm。變倍組b中透鏡b1和透鏡b2組成雙膠合透鏡。補償組c中透鏡c1和透鏡c2之間的間隔為13.17mm；透鏡c2和透鏡c3之間的間隔為0.84mm；透鏡c3和透鏡c4之間的間隔為4.97mm。正光焦度的雙凸透鏡d1與像面之間的間隔為34mm。

進一步的，負光焦度的月牙透鏡a1的折射率為1.58至1.60，阿貝數(shù)為67至68；負光焦度的月牙透鏡a2的折射率為1.52至1.55，阿貝數(shù)為55至56；正光焦度的月牙透鏡a3的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為25至26；負光焦度的雙凹透鏡b1的折射率為1.66至1.69，阿貝數(shù)為55至56；正光焦度的雙凸透鏡b2的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為46至47；正光焦度的雙凸透鏡c1的折射率為1.72至1.74，阿貝數(shù)為54至55；負光焦度的雙凹透鏡c2的折射率為1.79至1.81，阿貝數(shù)為25至26；正光焦度的雙凸透鏡c3的折射率為1.52至1.55，阿貝數(shù)為55至56；正光焦度的雙凸透鏡c4的折射率為1.58至1.60，阿貝數(shù)為67至68；正光焦度的雙凸透鏡d1的折射率為1.60至1.63，阿貝數(shù)為63至64。

較佳的，在本實施例中，前固定組a中透鏡a1的折射率為1.59，阿貝數(shù)為67.3；透鏡a2的折射率為1.54，阿貝數(shù)為55.6；透鏡a3的折射率為1.81，阿貝數(shù)為25.48。變倍組b中透鏡b1的折射率為1.68，阿貝數(shù)為55.6；透鏡b2的折射率為1.80，阿貝數(shù)為46.8。補償組c中透鏡c1的折射率為1.73，阿貝數(shù)為54.7；透鏡c2的折射率為1.81，阿貝數(shù)為25.48；透鏡c3的折射率為1.54，阿貝數(shù)為55.6；透鏡c4的折射率為1.59，阿貝數(shù)為67.3。后固定組d中透鏡d1的折射率為1.62，阿貝數(shù)為63.4。

進一步的，具有負光焦度的前固定組a與具有負光焦度的變倍組b之間的間隔為6.56mm至9.58mm可變，具有負光焦度的變倍組b與具有正光焦度的補償組c之間的間隔為2mm至19.84mm可變，具有正光焦度的補償組c與具有正光焦度的后固定組d之間的間隔為10.72mm至25.54mm可變，通過上述間隔的變化使焦距在16.26mm至22.76mm變化。

較佳的，在本實施例中，當前固定組的透鏡a3與變倍組的b1之間的間隔為6.56mm，變倍組b2和光闌之間的間隔為19.84mm，補償組的c4和后固定組透鏡d1之間的間隔為10.72mm時，焦距為16.26mm。

較佳的，在本實施例中，當前固定組的透鏡a3與變倍組的b1之間的間隔為9.58mm，變倍組b2和光闌之間的間隔為2mm，補償組的c4和后固定組透鏡d1之間的間隔為25.54mm時，焦距為22.76mm。

進一步的，本實施案例中，lcos投影變焦鏡頭實現(xiàn)的技術指標如下：

焦距：16.26mm-22.76mm；

f數(shù)：1.8-2.0；

顯示芯片尺寸：0.61英寸（16:9）；

投影距離：2米；

投影屏幕：55英寸-75英寸

視場：47.8°-63.7°；

偏稱軸：100%；

光學總長：165mm；

變倍比：1.4倍；

投射比：1.2；

適用光譜：400-700nm；

畸變：小于3%；

71lp/mm（線對/毫米），各個焦距段全視場mtf（調(diào)制傳遞函數(shù)）≥0.45。

進一步的，如圖2所示，為四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在焦距16.26mm短焦狀態(tài)的mtf曲線，在特征頻率71lp/mm（線對/毫米）時，子午和弧矢mtf分別為0.51和0.53。

進一步的，如圖3所示，為四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在焦距19.51mm中焦狀態(tài)的mtf曲線，在特征頻率71lp/mm（線對/毫米）時，子午和弧矢mtf分別為0.48和0.63。

進一步的，如圖4所示，為四組元二組動lcos投影變焦鏡頭在焦距22.76mm長焦狀態(tài)的mtf曲線，在特征頻率71lp/mm（線對/毫米）時，子午和弧矢mtf分別為0.50和0.49。

以上是本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明技術方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術方案的范圍時，均屬于本發(fā)明的保護范圍。